JPH06163908A - Double gate mos device - Google Patents

Double gate mos device

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JPH06163908A
JPH06163908A JP31757192A JP31757192A JPH06163908A JP H06163908 A JPH06163908 A JP H06163908A JP 31757192 A JP31757192 A JP 31757192A JP 31757192 A JP31757192 A JP 31757192A JP H06163908 A JPH06163908 A JP H06163908A
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JP
Japan
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layer
conductivity type
region
gate electrode
type base
Prior art date
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Application number
JP31757192A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Hoshi
保幸 星
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To restrain latch up due to function of parasitic thyristor by employing first and second gate electrodes of trench structure thereby reducing the amount of current to be discharged per unit cell at the time of turn OFF and preventing the discharge current from concentrating immediately below the emitter region. CONSTITUTION:Gate oxide 8 is formed on the inner surface of a groove 13 penetrating through a p-base region 4, an n-base region 5 formed on the surface thereof, and a p-emitter region 6 formed on the surface thereof, and then the groove 13 is filled with poly-Si thus providing a first gate electrode 11. A second gate electrode 12 is formed between an exposed part of the p-base region 4 and the emitter region 6 through the gate oxide 8. This structure prevents a depletion layer, extending from p-n junction of the p-base region 4 and an n- layer 3 to the n- layer 3, from spreading beneath the first gate electrode 11 thus allowing free injection of electrons from an n-base region 5 when the first gate electrode 11 is turned OFF and decreasing negative resistance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電源装置などに利用さ
れる半導体スイッチング素子、特に電圧駆動スイッチン
グ素子として使われるダブルゲートMOSデバイスに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switching element used in a power supply device or the like, and more particularly to a double gate MOS device used as a voltage driving switching element.

【0002】[0002]

【従来の技術】スイッチング用半導体素子は定常損失と
スイッチング損失の双方が小さいことが理想であり、こ
の目的のため各種半導体素子が提案されている。しかし
ながら一般的には定常損失とスイッチング損失はトレー
ドオフの関係にあり、定常損失を低減しようとするとス
イッチング損失が増大するという問題がある。これは定
常損失を低下させるためには伝導度変調を利用したサイ
リスタ動作を行わせる必要があるが、サイリスタ動作を
行う場合には少数キャリアが消滅するまでに時間がかか
り、ターンオフタイムの増大、すなわちスイッチング損
失の増大を招くことになる。この少数キャリアの再結合
を促進し、スイッチング損失を低減するためにライフタ
イムキラーを導入すると、伝導度変調が少なくなり、オ
ン電圧、すなわち定常損失が増大する。これに対し、オ
ン電圧を低下させるために従来電流駆動であったサイリ
スタ動作を入力損失を極端に低下させる電圧駆動にした
ダブルゲートMOSデバイスが桜井らによってProceedi
ngs of 1992 InternationalSymposium on Power Semico
nductor Devices &ICs 、Tokyo 、pp28〜33に提案さ
れている。
2. Description of the Related Art A semiconductor element for switching is ideally low in both steady loss and switching loss, and various semiconductor elements have been proposed for this purpose. However, in general, the steady loss and the switching loss have a trade-off relationship, and there is a problem that the switching loss increases when trying to reduce the steady loss. In order to reduce the steady loss, it is necessary to perform thyristor operation using conductivity modulation, but in the case of thyristor operation, it takes time for minority carriers to disappear, increasing turn-off time, that is, This causes an increase in switching loss. If a lifetime killer is introduced to promote the recombination of the minority carriers and reduce the switching loss, the conductivity modulation is reduced and the on-voltage, that is, the steady loss is increased. On the other hand, a double-gate MOS device in which the thyristor operation that was conventionally driven by current to reduce the on-voltage is driven by voltage that drastically reduces the input loss was proposed by Sakurai et al.
ngs of 1992 International Symposium on Power Semico
nductor Devices & ICs, Tokyo, pp28-33.

【0003】図2は縦型ダブルゲートMOSデバイスの
基本構造を示す。この縦型ダブルゲートMOSデバイス
においては、p+ コレクタ層1の表面上にn+ バッファ
層2を介してn- 層3が形成され、n- 層の表面層には
選択的にpベース領域4が、その表面層に選択的にnベ
ース領域5がそれぞれ形成される。さらに、nベース領
域5の表面層に選択的にpエミッタ領域6が形成され、
pエミッタ領域6とnベース領域5の表面にエミッタ端
子Eに接続されるエミッタ電極7が共通に接触してい
る。そして、第一のゲート電極11は、nベース領域5の
pベース領域4とpエミッタ領域6にはさまれた部分の
上からn- 層3の露出部の上にかけてゲート酸化膜8を
介して設けられ、絶縁膜9に覆われて第一ゲート端子G
1 に接続されている。第二ゲート電極12は、pベース領
域4の露出部の上からnベース領域5のpエミッタ領域
6とにはさまれた部分の上にかけてゲート酸化膜8を介
して設けられ、絶縁膜9に覆われて第二ゲート端子G2
に接続されている。またp+コレクタ層1にはコレクタ
電極10が接触しているこのようなダブルゲートMOSデ
バイスでは、第一および第二のゲート電極11、12に図3
に示す形で電圧を印加する。G1 端子にしきい値以上の
電圧を印加すると、ゲート電極11の下のpベース領域4
の表面部に反転層が形成される。この反転層を通る電子
によってn- 層3とn+ バッファ層2には電子電流が流
入する。コレクタ電極10には正の電圧が印加されてお
り、n- 層3とn+ バッファ層2に流入した電子電流
は、内蔵されているp+ 層1とn+ バッファ領域2およ
びn - 層3とpベース領域4とで形成されるpnpトラ
ンジスタのベース電流となり、n- 層3内で伝導度変調
を生じながらオンする。さらにここで、伝導度変調によ
って生じた正孔電流が、内蔵されているn- 層3および
+ バッファ層2とpベース領域4とnベース領域5と
で形成されるnpnトランジスタのベース電流となって
このトランジスタを駆動し、最終的にはp+ 層1とn+
バッファ層2およびn- 層3とpベース領域4とnベー
ス領域5とで形成しているサイリスタが動作するのでG
1 端子によってオンさせることができる。このデバイス
のターンオフは、ゲート電極11、12に印加されているゲ
ート・エミッタ間電圧を図3に示すようにずらしてオフ
させることによって行う。この際、t1 時点でGNDに
落とされたゲート電極12の電圧はゲート電極11の電圧に
対して負となり、ゲート電極12の下のn領域5の表面部
に反転層を生じてpチャネルMOSFETがオンする。
このMOSFETがオンすると、pベース領域4とnベ
ース領域5とが電気的に短絡されることになり、基本構
造はIGBTと同等になる。従って、定常動作では、ま
ずゲート電極11によってサイリスタ動作をさせ、オフの
時にはまずt 1 時点でゲート電極12をゲート電極11に対
して負にすることでサイリスタ動作からIGBTのオン
状態に変更させる。そしてIGBT動作になったあと、
3〜4μsec 後のt2 時点でゲート電極11への印加電圧
をオフすることで電子の供給をとめ、このデバイスをオ
フすることができる。
FIG. 2 shows a vertical double gate MOS device.
The basic structure is shown. This vertical type double gate MOS device
Where p+N on the surface of the collector layer 1+buffer
N through layer 2-Layer 3 is formed, n-Layer surface layer
The p base region 4 is selectively formed on the surface layer by n layers.
Base regions 5 are formed respectively. In addition, n base region
P emitter regions 6 are selectively formed in the surface layer of the region 5,
Emitter ends on the surfaces of the p emitter region 6 and the n base region 5
The emitter electrodes 7 connected to the child E are in common contact
It The first gate electrode 11 is formed on the n-base region 5.
of the portion sandwiched between the p base region 4 and the p emitter region 6
N from the top-A gate oxide film 8 is formed over the exposed portion of layer 3.
Provided through the insulating film 9 and is covered with the first gate terminal G.
1It is connected to the. The second gate electrode 12 is a p base region.
From the exposed part of the region 4 to the p emitter region of the n base region 5
6 through the gate oxide film 8
And the second gate terminal G covered with the insulating film 9.2
It is connected to the. Also p+Collector layer 1
Such a double gate MOS device in contact with the electrode 10
In the vice, the first and second gate electrodes 11, 12 are shown in FIG.
Voltage is applied in the form shown in. G1Above the threshold on the terminal
When a voltage is applied, the p base region 4 under the gate electrode 11
An inversion layer is formed on the surface of the. Electrons passing through this inversion layer
By n-Layer 3 and n+An electron current flows through the buffer layer 2.
To enter. No positive voltage is applied to the collector electrode 10.
, N-Layer 3 and n+Electron current flowing into buffer layer 2
Is the built-in p+Layers 1 and n+Buffer area 2 and
And n -A pnp transistor formed by the layer 3 and the p base region 4.
It becomes the base current of the transistor, n-Conductivity modulation in layer 3
Is turned on. In addition, the conductivity modulation
The hole current generated by-Layer 3 and
n+Buffer layer 2, p base region 4, and n base region 5
It becomes the base current of the npn transistor formed by
Drive this transistor and finally p+Layers 1 and n+
Buffer layers 2 and n-Layer 3, p base region 4 and n base
Since the thyristor formed with the area 5 operates,
1It can be turned on by the terminal. This device
The turn-off of the gate is applied to the gate electrodes 11 and 12.
Turn off the gate-emitter voltage by shifting it as shown in Fig. 3.
By doing. At this time, t1At time to GND
The dropped voltage of the gate electrode 12 becomes the voltage of the gate electrode 11.
On the other hand, the surface area of the n region 5 under the gate electrode 12 becomes negative with respect to
Then, an inversion layer is generated in the p-channel MOSFET to turn on.
When this MOSFET turns on, the p base region 4 and the n base
The base area 5 is electrically short-circuited, and the basic structure is
Structure is equivalent to IGBT. Therefore, in normal operation,
Without the gate electrode 11, the thyristor operates and the
Sometimes first t 1At this time, the gate electrode 12 is paired with the gate electrode 11.
And turn it negative to turn on the IGBT from the thyristor operation.
Change to the state. And after the IGBT operation,
T after 3 to 4 μsec2Voltage applied to the gate electrode 11
Turn off to stop the supply of electrons and turn on this device.
You can

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このようなダブルゲー
トMOSデバイスは、pベース領域4とn- 層3との間
のpn接合からn- 層3へ広がる空乏層がゲート酸化膜
8の下にも伸び、隣接pn接合ベース領域側から広がる
空乏層との間隙をせばめるため、nベース領域5からn
- 層3に流入する電子電流を制限し、p+ 層1、n+
2およびn- 層3、p領域4、n領域5で形成されてい
るサイリスタ構造をオンさせるのに時間がかかり、図4
の線41に示すような負性抵抗成分が生ずる。これは定常
損失の増大を招くことになり、高周波駆動する際の問題
になる。
In such a double gate MOS device, a depletion layer extending from the pn junction between the p base region 4 and the n layer 3 to the n layer 3 is formed under the gate oxide film 8. Also extends and narrows the gap with the depletion layer extending from the adjacent pn junction base region side.
- limit the electron current flowing into the layer 3, p + layer 1, n + layer 2 and the n - layer 3, p region 4, time consuming thyristor structure formed by the n region 5 to turn on, Figure 4
A negative resistance component as shown by the line 41 in FIG. This leads to an increase in steady loss, which is a problem when driving at high frequencies.

【0005】また、図3に示すようにG1、G2電圧の
タイミングをずらし、G2電圧をオフして上述のpnp
n4層サイリスタ構造をp+ 層1、n+ 層2およびn-
層3、pベース領域4からなるpnp3層トランジスタ
構造に変換した場合、空乏層によって掃き出された電流
がp領域6直下を通過する際に生ずる電圧降下がp領域
とn領域との間のビルトイン電位差を超えることで、n
- 層3、p領域4、n領域5、p領域6からなる寄生サ
イリスタが動作し、G1電圧のオフでデバイスをオフす
ることのできないラッチアップが生ずるため、ターンオ
フ時の安全動作領域が狭くなるという問題がある。
Further, as shown in FIG. 3, the timings of the G1 and G2 voltages are shifted, the G2 voltage is turned off, and the above-mentioned pnp is applied.
The n4 layer thyristor structure is used for p + layer 1, n + layer 2 and n −.
When converted to a pnp three-layer transistor structure composed of the layer 3 and the p base region 4, the voltage drop generated when the current swept out by the depletion layer passes directly under the p region 6 is a built-in voltage between the p region and the n region. By exceeding the potential difference, n
- layer 3, p region 4, n region 5, p region parasitic thyristor operates of 6, the latch-up occurs which can not be turned off devices off the G1 voltage, safe operating area at turn-off is narrower There is a problem.

【0006】本発明の目的は、これらの問題を解決し、
定常損失が低いダブルゲートMOSデバイス、さらには
ターンオフ時の安全動作領域が広く、さらにターンオフ
が高速化でき、ターンオフ損失Eoff の小さいダブルゲ
ートMOSデバイスを提供することにある。
The object of the present invention is to solve these problems,
It is an object of the present invention to provide a double-gate MOS device having a low steady loss, a wide safe operating area at turn-off, a high-speed turn- off, and a small turn-off loss E off .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のダブルゲートMOSデバイスは、一側に
第二導電形のコレクタ層が接する第一導電形層の他側に
第二導電形のベース層が接し、その第二導電形ベース層
の表面層に選択的に第一導電形のベース領域が形成さ
れ、その第一導電形のベース領域の表面層に選択的に第
二導電形のエミッタ領域が形成され、エミッタ電極がエ
ミッタ領域表面および第一導電形ベース領域の露出面に
共通に接触し、コレクタ電極がコレクタ層の表面に接触
し、第一ゲート電極がエミッタ領域、第一導電形ベース
領域および第二導電形ベース層を貫通し第一導電形層に
達する溝の中に絶縁膜を介して設けられ、第二ゲート電
極が第二導電形ベース層の露出面上から第一導電形ベー
ス領域の露出面上をエミッタ領域表面上にかけて絶縁膜
を介して設けられたものとする。あるいは、一側に第二
導電形のコレクタ層が接する第一導電形層の他側に第二
導電形のベース層および第一導電形のベース層が順次積
層され、その第一導電形ベース層の表面層に複数の第二
導電形のエミッタ領域が選択的に形成され、エミッタ電
極がエミッタ領域表面および第一導電形ベース層の露出
面に共通に接触し、コレクタ電極がコレクタ層に接触
し、第一ゲート電極がエミッタ領域、第一導電形ベース
層および第二導電形ベース層を貫通して第一導電形層に
達する溝の中に絶縁膜を介して設けられ、第二ゲート電
極がエミッタ領域および第一導電形ベース層を貫通して
第二導電形ベース層に達する溝の中に絶縁膜を介して設
けられたものとする。そして、この場合、第一ゲート電
極および第二ゲート電極の上と溝の開口面との間に絶縁
物が充填されたことが有効である。
To achieve the above object, a double-gate MOS device of the present invention comprises a second conductivity type layer having a second conductivity type collector layer contacting one side with a second conductivity type second layer on the other side. A base layer of a conductivity type is in contact, a base region of a first conductivity type is selectively formed on a surface layer of the second conductivity type base layer, and a second layer is selectively formed on a surface layer of the base region of the first conductivity type. A conductive type emitter region is formed, the emitter electrode commonly contacts the emitter region surface and the exposed surface of the first conductive type base region, the collector electrode contacts the surface of the collector layer, the first gate electrode causes the emitter region, The second gate electrode is provided on the exposed surface of the second conductivity type base layer in a groove penetrating the first conductivity type base region and the second conductivity type base layer and reaching the first conductivity type layer, with an insulating film interposed. From the exposed surface of the first conductivity type base area Toward emitter regions on the surface and those provided via the insulating film. Alternatively, a second-conductivity-type base layer and a first-conductivity-type base layer are sequentially stacked on the other side of the first-conductivity-type layer that is in contact with the second-conductivity-type collector layer on one side, and the first-conductivity-type base layer is formed. A plurality of second-conductivity-type emitter regions are selectively formed on the surface layer of the collector electrode, the emitter electrode commonly contacts the emitter-region surface and the exposed surface of the first-conductivity-type base layer, and the collector electrode contacts the collector layer. A first gate electrode is provided in a groove penetrating the emitter region, the first conductivity type base layer and the second conductivity type base layer to reach the first conductivity type layer via an insulating film, and the second gate electrode is It is assumed that it is provided through an insulating film in a groove that penetrates the emitter region and the base layer of the first conductivity type and reaches the base layer of the second conductivity type. Then, in this case, it is effective that the insulator is filled between the first gate electrode and the second gate electrode and the opening surface of the groove.

【0008】[0008]

【作用】第一ゲート電極をトレンチ構造と第二導電形の
ベース領域と第一導電形層との間にできる空乏層による
注入電流制限効果がなくなる。また、第一、第二両ゲー
ト電極をトレンチ構造とすることでセル密度を増加する
ことができ、ターンオフ時にセル一つあたりの掃き出し
電流の量が減少し、均一に掃き出すことができ、エミッ
タ領域直下への掃き出し電流の集中が分散されるので寄
生サイリスタの動作によるラッチアップが抑制される。
さらに、セル密度の増大によりゲート電圧印加により第
一導電形ベース層から注入される電流の逆側から注入さ
れる電流に対する比率が増加し、第二導電形のコレクタ
層、第一導電形層、第二導電形ベース層からなるバイポ
ーラトランジスタのベース電流を増加したことになり、
電流増幅率が増加し、コレクタ層から注入されるキャリ
アによる電流、例えば正孔電流の割合が減少し、ターン
オフ時に高速にコレクタ電極に掃き出すことができ、タ
ーンオフの高速化を図ることができる。また、セル密度
の増加に伴って飽和電圧が低下し、飽和電圧とEoff
のトレードオフ関係が改善されるので、Eoffを低減す
ることができる。
The effect of limiting the injection current by the depletion layer formed by forming the first gate electrode between the trench structure, the base region of the second conductivity type and the first conductivity type layer is eliminated. In addition, by making the first and second gate electrodes have a trench structure, the cell density can be increased, the amount of the sweep current per cell at turn-off can be reduced, and the sweep can be performed uniformly. Since the concentration of the sweep current immediately below is dispersed, latchup due to the operation of the parasitic thyristor is suppressed.
Further, due to the increase in cell density, the ratio of the current injected from the opposite side to the current injected from the first conductivity type base layer by the gate voltage application increases, and the collector layer of the second conductivity type, the first conductivity type layer, It means that the base current of the bipolar transistor consisting of the second conductivity type base layer is increased.
The current amplification factor increases, the ratio of the current due to carriers injected from the collector layer, for example, the proportion of hole current, decreases, and the current can be swept out to the collector electrode at high speed at turn-off, and the turn-off can be speeded up. In addition, the saturation voltage decreases as the cell density increases, and the trade-off relationship between the saturation voltage and E off is improved, so E off can be reduced.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図2を含めて共通の部分に同一の符号
を付した図を引用して本発明の実施例について述べる。
図1に示した実施例では、第一ゲート電極をトレンチ構
造にしている。すなわちpベース領域4、その表面層に
形成されたnベース領域5、その表面層に形成されたp
エミッタ領域6を貫通して掘られた溝13の内面をゲート
酸化膜8で被覆し、その内部に充填した多結晶シリコン
を第一ゲート電極11としたものである。第二ゲート電極
12は、図2の従来構造と同様pベース領域4の露出部の
上からエミッタ領域6とにはさまれた部分の上にかけて
ゲート酸化膜8を介して設けられている。そして、エミ
ッタ電極7は半導体基板上全面に形成され、ゲート電極
11と絶縁膜14により絶縁されている。この構造により、
pベース領域4とn- 層3の間のpn接合からn- 層3
に広がる空乏層が第一ゲート電極11の下に伸びさせない
ようにすることができるので、第一ゲート電極11にしき
い値以上の電圧を印加させてオフする際に、nベース領
域5から注入される電子電流を抑制する効果がなくな
り、図4の実線42に示したVCE−IC 特性のように負性
抵抗を削減することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings including the same parts in FIG.
In the embodiment shown in FIG. 1, the first gate electrode has a trench structure. That is, the p base region 4, the n base region 5 formed in the surface layer, and the p formed in the surface layer
The inner surface of the trench 13 dug through the emitter region 6 is covered with the gate oxide film 8, and the polycrystalline silicon filling the inside is used as the first gate electrode 11. Second gate electrode
Similar to the conventional structure of FIG. 2, 12 is provided from above the exposed portion of p base region 4 to above the portion sandwiched by emitter region 6 via gate oxide film 8. The emitter electrode 7 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and the gate electrode
It is insulated by 11 and the insulating film 14. This structure allows
From the pn junction between the p base region 4 and the n layer 3 to the n layer 3
It is possible to prevent the depletion layer that spreads over the first gate electrode 11 from extending below the first gate electrode 11. Therefore, when the depletion layer is turned off by applying a voltage above the threshold value to the first gate electrode 11, The effect of suppressing the generated electron current is lost, and the negative resistance can be reduced as in the V CE -I C characteristic shown by the solid line 42 in FIG.

【0010】図5に示した実施例では、第二ゲート電極
12もエミッタ領域6、nベース領域5を貫通しpベース
領域に達する溝15の中に設けたトレンチ構造にしてい
る。そして、エミッタ電極7と溝15の開口部を閉塞する
絶縁膜14により絶縁されている。これにより、図1の場
合より半導体基板内のセル密度を増加させることがで
き、G1、G2に図3に示すように電圧印加した場合に
nベース領域5から注入される電子電流の比率が増加す
る。このことは、p+ 層1、n+ バッファ領域2および
- 層3、pベース領域4により形成されるpnpトラ
ンジスタのベース電流が増加したことになり電流増幅率
が増大するので、p+ 層1から注入される正孔電流の割
合を図2の場合より小さくすることができる。この結
果、n- 層3に蓄積される正孔量が減少し、ターンオフ
する際、高速度でコレクタ電極10に掃き出すことができ
る。また、セル密度の増加に伴って飽和電圧が低下する
ので、図6に示すように、飽和電圧VCE(sat) とターン
オフ損失Eoff のトレードオフ関係が図2の場合の点線
61より実線62に改善される。さらに図3に示すように、
G1電圧を先にオフしてサイリスタ構造からIGBT構
造に変換したのちG2電圧をオフする際、空乏層によっ
て掃き出される正孔に基づく各セルに分配される正孔電
流がセル密度の増加により均一になるので、pエミッタ
領域6直下への集中が避けられ、この部分での電圧降下
が低減するので、ラッチアップが抑制される。この結
果、ターンオフ耐量が向上し、安全動作領域は図7に点
線71で示した従来の範囲より実線72で示した範囲に広く
なる。
In the embodiment shown in FIG. 5, the second gate electrode
12 also has a trench structure provided in a groove 15 penetrating the emitter region 6 and the n base region 5 and reaching the p base region. The emitter electrode 7 and the groove 15 are insulated by the insulating film 14 that closes the opening. As a result, the cell density in the semiconductor substrate can be increased as compared with the case of FIG. 1, and the ratio of the electron current injected from the n base region 5 when a voltage is applied to G1 and G2 as shown in FIG. 3 increases. To do. This is, p + layer 1, n + buffer region 2 and the n - because the layer 3, p base is formed by the area 4 will be the base current of the pnp transistor increases the current amplification factor increases, p + layer The ratio of the hole current injected from 1 can be made smaller than that in the case of FIG. As a result, the amount of holes accumulated in the n layer 3 is reduced, and when turned off, the holes can be swept out to the collector electrode 10 at a high speed. In addition, since the saturation voltage decreases as the cell density increases, as shown in FIG. 6, the trade-off relationship between the saturation voltage V CE (sat) and the turn-off loss E off is the dotted line in FIG.
It is improved to solid line 62 from 61. Further, as shown in FIG.
When the G1 voltage is first turned off to convert the thyristor structure to the IGBT structure and then the G2 voltage is turned off, the hole current distributed to each cell based on the holes swept out by the depletion layer is more uniform due to the increase in cell density. Therefore, the concentration right under the p emitter region 6 is avoided, and the voltage drop in this portion is reduced, so that latch-up is suppressed. As a result, the turn-off tolerance is improved, and the safe operation area is wider in the range shown by the solid line 72 than in the conventional range shown by the dotted line 71 in FIG.

【0011】図8に示す実施例では、第一ゲート電極11
および第二ゲート電極12がエミッタ電極7とを絶縁する
絶縁膜14と共に溝13、15の内部に完全に埋め込まれてい
る。これにより、エミッタ電極7は完全な平面上に形成
でき、製造プロセスを簡略化することができ、コストダ
ウンを図ることができる。
In the embodiment shown in FIG. 8, the first gate electrode 11
The second gate electrode 12 and the insulating film 14 that insulates the emitter electrode 7 are completely embedded in the trenches 13 and 15. Thereby, the emitter electrode 7 can be formed on a perfect plane, the manufacturing process can be simplified, and the cost can be reduced.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明によれば、ダブルゲートMOSデ
バイスの第一ゲート電極あるいは第一、第二ゲート電極
双方をトレンチ構造とすることにより、高抵抗率層の表
面露出部がなくなり、その部分への空乏層の広がりによ
る電流制限効果が排除されるため、電流・電圧出力特性
における負性抵抗成分が排除でき、またセル密度を増大
することができるため、ダブルゲートMOSデバイスの
飽和電圧とターンオフ損失の間のトレードオフ関係の改
善、安全動作領域の拡大が達成できた。
According to the present invention, by exposing the first gate electrode or both the first and second gate electrodes of the double gate MOS device to the trench structure, the surface exposed portion of the high resistivity layer is eliminated, and that portion is eliminated. Since the current limiting effect due to the expansion of the depletion layer into the gate is eliminated, the negative resistance component in the current / voltage output characteristics can be eliminated, and the cell density can be increased. We were able to improve the trade-off relationship between losses and expand the safe operating area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例のダブルゲートMOSデバイ
スの断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a double gate MOS device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のダブルゲートMOSデバイスの断面図FIG. 2 is a sectional view of a conventional double gate MOS device.

【図3】ダブルゲートMOSデバイスのゲート電圧波形
線図
FIG. 3 is a gate voltage waveform diagram of a double gate MOS device.

【図4】実施例および従来例のダブルゲートMOSデバ
イスの電圧・電流出力特性線図
FIG. 4 is a voltage / current output characteristic diagram of a double gate MOS device according to an embodiment and a conventional example.

【図5】本発明の別の実施例のダブルゲートMOSデバ
イスの断面図
FIG. 5 is a cross-sectional view of a double gate MOS device according to another embodiment of the present invention.

【図6】実施例および従来例のダブルゲートMOSデバ
イスの飽和電圧・ターンオフ損失線図
FIG. 6 is a saturation voltage / turn-off loss diagram of the double-gate MOS device of the example and the conventional example.

【図7】実施例および従来例のダブルゲートMOSデバ
イスのターンオフ耐量線図
FIG. 7 is a turn-off tolerance diagram of the double-gate MOS device of the example and the conventional example.

【図8】本発明のさらに別の実施例のダブルゲートMO
Sデバイスの断面図
FIG. 8 is a double gate MO according to still another embodiment of the present invention.
Cross section of S device

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p+ コレクタ層 2 n+ バッファ層 3 n- 層 4 pベース領域 5 nベース領域 6 pエミッタ領域 7 エミッタ電極 8 ゲート酸化膜 9 絶縁膜 10 コレクタ電極 11 第一ゲート電極 12 第二ゲート電極 13 溝 14 絶縁膜 15 溝1 p + collector layer 2 n + buffer layer 3 n layer 4 p base region 5 n base region 6 p emitter region 7 emitter electrode 8 gate oxide film 9 insulating film 10 collector electrode 11 first gate electrode 12 second gate electrode 13 Groove 14 Insulating film 15 Groove

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一側に第二導電形のコレクタ層が接する第
一導電形層の他側に第二導電形のベース層が接し、その
第二導電形ベース層の表面層に選択的に第一導電形のベ
ース領域が形成され、その第一導電形のベース領域の表
面層に選択的に第二導電形のエミッタ領域が形成され、
エミッタ電極がエミッタ領域表面および第一導電形ベー
ス領域の露出面に共通に接触し、コレクタ電極がコレク
タ層の表面に接触し、第一ゲート電極がエミッタ領域、
第一導電形ベース領域および第二導電形ベース層を貫通
し第一導電形層に達する溝の中に絶縁膜を介して設けら
れ、第二ゲート電極が第二導電形ベース層の露出面上か
ら第一導電形ベース領域の露出面上をエミッタ領域表面
上にかけて絶縁膜を介して設けられたことを特徴とする
ダブルゲートMOSデバイス。
1. A first conductivity type layer is in contact with one side of the second conductivity type collector layer, and a second conductivity type base layer is in contact with the other side of the first conductivity type layer, and a surface layer of the second conductivity type base layer is selectively formed. A first conductivity type base region is formed, and a second conductivity type emitter region is selectively formed on a surface layer of the first conductivity type base region,
The emitter electrode is in common contact with the emitter region surface and the exposed surface of the first conductivity type base region, the collector electrode is in contact with the surface of the collector layer, the first gate electrode is in the emitter region,
The second gate electrode is provided on the exposed surface of the second conductivity type base layer in a groove penetrating the first conductivity type base region and the second conductivity type base layer and reaching the first conductivity type layer, with an insulating film interposed. To the exposed surface of the first conductivity type base region to the surface of the emitter region via an insulating film.
【請求項2】一側に第二導電形のコレクタ層が接する第
一導電形層の他側に第二導電形のベース層および第一導
電形のベース層が順次積層され、第一導電形ベース層の
表面層に複数の第二導電形のエミッタ領域が選択的に形
成され、エミッタ電極がエミッタ領域表面および第一導
電形ベース層の露出面に共通に接触し、コレクタ電極が
コレクタ層に接触し、第一ゲート電極がエミッタ領域、
第一導電形ベース層および第二導電形ベース層を貫通し
て第一導電形層に達する溝の中に絶縁膜を介して設けら
れ、第二ゲート電極がエミッタ領域および第一導電形ベ
ース層を貫通して第二導電形ベース層に達する溝の中に
絶縁膜を介して設けられたことを特徴とするダブルゲー
トMOSデバイス。
2. A second conductivity type base layer and a first conductivity type base layer are sequentially laminated on the other side of the first conductivity type layer which is in contact with one side of the second conductivity type collector layer. A plurality of second conductivity type emitter regions are selectively formed on the surface layer of the base layer, the emitter electrode commonly contacts the emitter region surface and the exposed surface of the first conductivity type base layer, and the collector electrode functions as the collector layer. Contact, the first gate electrode is the emitter region,
The second gate electrode is provided in the groove penetrating the first conductivity type base layer and the second conductivity type base layer to reach the first conductivity type layer, and the second gate electrode is provided with the emitter region and the first conductivity type base layer. A double-gate MOS device, wherein the double-gate MOS device is provided through an insulating film in a groove penetrating through to reach the second conductivity type base layer.
【請求項3】第一ゲート電極および第二ゲート電極の上
と溝の開口面との間に絶縁物が充填された請求項2記載
のダブルゲートMOSデバイス。
3. The double-gate MOS device according to claim 2, wherein an insulator is filled between the upper surfaces of the first and second gate electrodes and the opening surface of the groove.
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